JP6660171B2 - 導電性粒子、導電性粒子の製造方法、導電材料及び接続構造体 - Google Patents
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Description
[基材粒子]
上記基材粒子としては、樹脂粒子、金属粒子を除く無機粒子、有機無機ハイブリッド粒子及び金属粒子等が挙げられる。上記基材粒子は、金属粒子を除く基材粒子であることが好ましく、樹脂粒子、金属粒子を除く無機粒子又は有機無機ハイブリッド粒子であることがより好ましい。上記基材粒子は、コアと、該コアの表面上に配置されたシェルとを有していてもよく、コアシェル粒子であってもよい。上記コアが有機コアであってもよく、上記シェルが無機シェルであってもよい。
上記導電部は導電層であることが好ましい。上記導電部の材料である金属は特に限定されない。上記導電部の材料である金属としては、金、銀、銅、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、亜鉛、鉄、錫、鉛、アルミニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、リチウム、テルル、セレン、チタン、アンチモン、ビスマス、タリウム、ゲルマニウム、カドミウム、ケイ素、タングステン、モリブデン及びこれらの合金等が挙げられる。また、上記金属としては、錫ドープ酸化インジウム(ITO)及びはんだ等が挙げられる。なかでも、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができるので、錫を含む合金、ニッケル、パラジウム、銅又は金が好ましく、ニッケル又はパラジウム、銅がより好ましい。多面体状の突起を有する上記導電部は、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、鉄、タングステン、モリブデン、ルテニウム、白金、金、銀、ロジウム、イリジウム、リチウム、リン及びホウ素からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、鉄、タングステン、モリブデン、ルテニウム、白金、金、リン及びホウ素からなる群から選択される少なくとも1種を含むことがより好ましく、銅と、ニッケルと、リン又はボロンとを含むことが更に好ましい。上記導電部の材料は、リン及びボロンなどを含む合金であってもよい。上記導電部では、ニッケルとタングステン又はモリブデンとが合金化していてもよい。上記導電部の融点は、好ましくは300℃以上、より好ましくは450℃以上である。
本発明に係る導電性粒子は、上記導電部の外表面上に配置された絶縁性物質を備えることが好ましい。この場合には、導電性粒子を電極間の接続に用いると、隣接する電極間の短絡を防止できる。具体的には、複数の導電性粒子が接触したときに、複数の電極間に絶縁性物質が存在するので、上下の電極間ではなく横方向に隣り合う電極間の短絡を防止できる。なお、電極間の接続の際に、2つの電極で導電性粒子を加圧することにより、導電部と電極との間の絶縁性物質を容易に排除できる。導電性粒子が導電部の外表面に複数の突起を有するので、導電性粒子の導電部と電極との間の絶縁性物質を容易に排除できる。
本発明に係る導電材料は、上述した導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む。上記導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散され、導電材料として用いられることが好ましい。上記導電材料は、異方性導電材料であることが好ましい。上記導電材料は、電極の電気的な接続に好適に用いられる。上記導電材料は回路接続材料であることが好ましい。
本発明に係る導電性粒子とバインダー樹脂とを含む導電材料を用いて、接続対象部材を接続することにより、接続構造体を得ることができる。上記接続部が、上述した導電性粒子により形成されているか、又は、上述した導電性粒子とバインダー樹脂とを含む導電材料により形成されていることが好ましい。
粒子径が3.0μmであるジビニルベンゼン共重合体樹脂粒子(基材粒子A、積水化学工業社製「ミクロパールSP−203」)を用意した。パラジウム触媒液を5重量%含むアルカリ溶液100重量部に、上記樹脂粒子10重量部を、超音波分散器を用いて分散させた後、溶液をろ過することにより、樹脂粒子を取り出した。次いで、樹脂粒子をジメチルアミンボラン1重量%溶液100重量部に添加し、樹脂粒子の表面を活性化させた。表面が活性化された樹脂粒子を十分に水洗した後、蒸留水500重量部に加え、分散させることにより、懸濁液(実施例1で得られた懸濁液)を得た。
無電解ニッケル−銅−リン合金めっき液として、硫酸ニッケル100g/Lと、硫酸銅50g/Lと、酢酸リチウム二水和物10g/Lと、次亜リン酸ナトリウム100g/Lと、クエン酸ナトリウム150g/Lと、ホウ酸10g/Lと、非イオン系界面活性剤としてポリエチレングリコール1000(分子量:1000)10mg/Lとの混合液を、水酸化ナトリウムにてpH7に調整しためっき液を用意した。
無電解高純度ニッケルめっき液として、塩化ニッケル40g/Lと、ヒドラジン一水和物80g/Lと、グリシン50g/Lと、酢酸リチウム二水和物4g/Lと、ホウ酸20g/Lと、非イオン系界面活性剤としてポリエチレングリコール1000(分子量:1000)10mg/Lとの混合液を、水酸化ナトリウムにてpH10に調整しためっき液を用意した。
無電解パラジウム−ニッケル合金めっき液として、塩化パラジウム60g/Lと、硫酸ニッケル3g/Lと、ヒドラジン一水和物80g/Lと、エチレンジアミン25g/Lと、DL−りんご酸30g/Lと、酢酸リチウム二水和物6g/Lと、非イオン系界面活性剤としてポリエチレングリコール1000(分子量:1000)10mg/Lとの混合液を、水酸化ナトリウムにてpH8に調整しためっき液を用意した。
無電解コバルト−ニッケル−リン合金めっき液として、硫酸コバルト70g/Lと、硫酸ニッケル5g/Lと、次亜リン酸ナトリウム100g/Lと、硫酸アンモニウム50g/Lと、ピロリン酸ナトリウム20g/Lと、酢酸リチウム二水和物7g/Lと、非イオン系界面活性剤としてポリエチレングリコール1000(分子量:1000)10mg/Lとの混合液を、水酸化ナトリウムにてpH10に調整しためっき液を用意した。
第1の導電部の無電解ニッケル−リン合金めっき液として、硫酸ニッケル100g/Lと、次亜リン酸ナトリウム50g/Lと、めっき安定剤(ビスマス化合物)10mg/Lと、コハク酸ナトリウム20g/Lとの混合液を、水酸化ナトリウムにてpH6に調整しためっき液を用意した。
第1の導電部の無電解ニッケル−ボロン合金めっき液として、硫酸ニッケル100g/Lと、ジメチルアミンボラン80g/Lと、めっき安定剤(ビスマス化合物)10ml/Lと、クエン酸ナトリウム30g/Lとの混合液を、水酸化ナトリウムにてpH6に調整しためっき液を用意した。
第1の導電部の無電解銅めっき液として、硫酸銅200g/Lと、エチレンジアミン四酢酸150g/Lと、グルコン酸ナトリウム100g/Lと、ホルムアルデヒド50g/Lとの混合液を、アンモニアにてpH10.5に調整した銅めっき液を用意した。
第1の導電部の無電解銅−ニッケル−リン合金めっき液として、硫酸銅150g/Lと、硫酸ニッケル5g/Lと、酢酸リチウム二水和物15g/Lと、次亜リン酸ナトリウム100g/Lと、クエン酸ナトリウム150g/Lと、ホウ酸10g/Lと、非イオン系界面活性剤としてポリエチレングリコール1000(分子量:1000)10mg/Lとの混合液を、水酸化ナトリウムにてpH8に調整しためっき液を用意した。
第1の導電部の無電解銅−ニッケル−リン合金めっき液として、硫酸銅150g/Lと、硫酸ニッケル5g/Lと、酢酸リチウム二水和物15g/Lと、次亜リン酸ナトリウム100g/Lと、クエン酸ナトリウム150g/Lと、ホウ酸10g/Lと、非イオン系界面活性剤としてポリエチレングリコール1000(分子量:1000)10mg/Lとの混合液を、水酸化ナトリウムにてpH8に調整しためっき液を用意した。
第1の導電部の無電解銅−ニッケル−リン合金めっき液として、硫酸銅150g/Lと、硫酸ニッケル5g/Lと、酢酸リチウム二水和物15g/Lと、次亜リン酸ナトリウム100g/Lと、クエン酸ナトリウム150g/Lと、ホウ酸10g/Lと、非イオン系界面活性剤としてポリエチレングリコール1000(分子量:1000)10mg/Lとの混合液を、水酸化ナトリウムにてpH8に調整しためっき液を用意した。
第1の導電部の無電解銅−ニッケル−リン合金めっき液として、硫酸銅150g/Lと、硫酸ニッケル5g/Lと、酢酸リチウム二水和物15g/Lと、次亜リン酸ナトリウム100g/Lと、クエン酸ナトリウム150g/Lと、ホウ酸10g/Lと、非イオン系界面活性剤としてポリエチレングリコール1000(分子量:1000)10mg/Lとの混合液を、水酸化ナトリウムにてpH8に調整しためっき液を用意した。
第1の導電部の無電解銅−ニッケル−リン合金めっき液として、硫酸銅150g/Lと、硫酸ニッケル5g/Lと、酢酸リチウム二水和物15g/Lと、次亜リン酸ナトリウム100g/Lと、クエン酸ナトリウム150g/Lと、ホウ酸10g/Lと、非イオン系界面活性剤としてポリエチレングリコール1000(分子量:1000)10mg/Lとの混合液を、水酸化ナトリウムにてpH8に調整しためっき液を用意した。
基材粒子Aを、基材粒子Aと粒子径のみが異なり、粒子径が2.5μmである基材粒子Bに変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。このようにして、樹脂粒子の表面に銅−ニッケル−リン合金導電層(厚み:102nm)が配置された導電性粒子を得た。得られた導電性粒子における導電部は、外表面に多角柱状ではなく多面体状の複数の突起を有していた。
基材粒子Aを、基材粒子Aと粒子径のみが異なり、粒子径が10.0μmである基材粒子Cに変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。このようにして、樹脂粒子の表面に銅−ニッケル−リン合金導電層(厚み:101nm)が配置された導電性粒子を得た。得られた導電性粒子における導電部は、外表面に多角柱状ではなく多面体状の複数の突起を有していた。
粒子径が2.5μmであるジビニルベンゼン共重合体樹脂粒子(積水化学工業社製「ミクロパールSP−202」)の表面を、ゾルゲル反応による縮合反応を用いてシリカシェル(厚み250nm)により被覆したコアシェル型の有機無機ハイブリッド粒子(基材粒子D)を得た。上記基材粒子Aを上記基材粒子Dに変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。このようにして、樹脂粒子の表面に銅−ニッケル−リン合金導電層(厚み:100nm)が配置された導電性粒子を得た。得られた導電性粒子における導電部は、外表面に多角柱状ではなく多面体状の複数の突起を有していた。
攪拌機及び温度計が取り付けられた500mLの反応容器内に、0.13重量%のアンモニア水溶液300gを入れた。次に、反応容器内のアンモニア水溶液中に、メチルトリメトキシシラン4.1gと、ビニルトリメトキシシラン19.2gと、シリコーンアルコキシオリゴマー(信越化学工業社製「X−41−1053」)0.7gとの混合物をゆっくりと添加した。撹拌しながら、加水分解及び縮合反応を進行させた後、25重量%アンモニア水溶液2.4mLを添加した後、アンモニア水溶液中から粒子を単離して、得られた粒子を酸素分圧10−17atm、350℃で2時間焼成して、粒子径が3.0μmの有機無機ハイブリッド粒子(基材粒子E)を得た。上記基材粒子Aを上記基材粒子Eに変更したこと以外は実施例1と同様にして、樹脂粒子の表面に銅−ニッケル−リン合金導電層(厚み:102nm)が配置された導電性粒子を得た。得られた導電性粒子における導電部は、外表面に多角柱状ではなく多面体状の複数の突起を有していた。
4ツ口セパラブルカバー、攪拌翼、三方コック、冷却管及び温度プローブが取り付けられた1000mLのセパラブルフラスコに、メタクリル酸メチル100mmolと、N,N,N−トリメチル−N−2−メタクリロイルオキシエチルアンモニウムクロライド1mmolと、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩1mmolとを含むモノマー組成物を固形分率が5重量%となるようにイオン交換水に秤取した後、200rpmで攪拌し、窒素雰囲気下70℃で24時間重合を行った。反応終了後、凍結乾燥して、表面にアンモニウム基を有し、平均粒子径220nm及びCV値10%の絶縁性粒子を得た。
粒子径が3.0μmであるジビニルベンゼン共重合体樹脂粒子(基材粒子A、積水化学工業社製「ミクロパールSP−203」)を用意した。
導電部の外表面に突起を形成せずに、導電部の外形が球状であるようにしたこと以外は比較例1と同様にして、導電性粒子を得た。
(1)導電部の面格子の評価
X線回折装置(理学電機社製「RINT2500VHF」)を用いて、回折角に依存する装置固有の回折線のピーク強度比を算出した。金層の回折線全体の回折ピーク強度に占める(111)方位の回折ピーク強度の割合((111)面の割合)を求めた。
得られた導電性粒子を含有量が10重量%となるように、三井化学社製「ストラクトボンドXN−5A」に添加し、分散させて、異方性導電ペーストを作製した。
○○○:接続抵抗が2.0Ω以下
○○:接続抵抗が2.0Ωを超え、3.0Ω以下
○:接続抵抗が3.0Ωを超え、5.0Ω以下
△:接続抵抗が5.0Ωを超え、10Ω以下
×:接続抵抗が10Ωを超える
1a,1Aa,1Ba,1Ca,1Da…突起
2…基材粒子
3,3A,3B,3D…導電部(導電層)
3a,3Aa,3Ba,3Da…突起
3BA…第1の導電部
3BB…第2の導電部
3BBa…突起
4…絶縁性物質
51…接続構造体
52…第1の接続対象部材
52a…第1の電極
53…第2の接続対象部材
53a…第2の電極
54…接続部
Claims (17)
- 基材粒子と、
前記基材粒子の表面上に配置された導電部とを備え、
前記導電部が、外表面に複数の突起を有し、
複数の前記突起の形状が、多角柱状ではない多面体状であり、
前記突起のX線回折における(111)面の割合が50%以上である、導電性粒子。 - 基材粒子と、
前記基材粒子の表面上に配置された導電部とを備え、
前記導電部が、外表面に複数の突起を有し、
複数の前記突起の形状が、多角柱状ではない多面体状であり、
複数の前記突起の少なくとも一部の先端が線状である、導電性粒子。 - 複数の前記突起の少なくとも一部の先端が、点状又は線状である、請求項1に記載の導電性粒子。
- 電極間の電気的な接続に用いられ、
電極間の電気的な接続時に、前記突起の電極に最初に接する部分が、点状又は線状である、請求項1又は3に記載の導電性粒子。 - 複数の前記突起の少なくとも一部の先端が点状である、請求項1、3又は4に記載の導電性粒子。
- 前記突起の形状が角錐状である、請求項1、3、4又は5に記載の導電性粒子。
- 複数の前記突起の平均高さが、5nm以上、500nm以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 複数の前記突起の基部の平均径が5nm以上、500nm以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 複数の前記突起の平均高さの、複数の前記突起の基部の平均径に対する比が、0.1以上、5以下である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 前記導電部の外表面の全表面積100%中、前記突起がある部分の表面積が30%以上である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 前記導電部が、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、鉄、タングステン、モリブデン、ルテニウム、白金、金、銀、ロジウム、イリジウム、リチウム、リン及びホウ素からなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 前記導電部が多層の導電部であり、
前記導電部の最も外側に位置する導電部が、外表面に複数の突起を有する、請求項1〜11のいずれか1項に記載の導電性粒子。 - 前記多層の導電部の最も内側に位置する導電部の外形が球状である、請求項12に記載の導電性粒子。
- 前記導電部の外表面上に配置された絶縁性物質をさらに備える、請求項1〜13のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の導電性粒子を製造する方法であって、
基材粒子の表面上に導電層を形成する工程を備え、
前記導電部を形成する際に、前記導電部が外表面に複数の突起を有するように、かつ複数の前記突起の形状が、多角柱状ではない多面体状であるように、導電部を形成する、導電性粒子の製造方法。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載の導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む、導電材料。
- 第1の接続対象部材と、
第2の接続対象部材と、
前記第1の接続対象部材と前記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備え、
前記接続部の材料が、請求項1〜14のいずれか1項に記載の導電性粒子であるか、又は前記導電性粒子とバインダー樹脂とを含む導電材料である、接続構造体。
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